钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算

1、混凝土结构暴露环境混凝土结构暴露环境混凝土保护层混凝土保护层第第3章章 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算本章学习目标本章学习目标 了解轴心受拉构件和轴心受压构件的了解轴心受拉构件和轴心受压构件的受力全过程；受力全过程； 掌握轴心受拉构件和轴心受压构件正截掌握轴心受拉构件和轴心受压构件正截 面承载力的计算方法；面承载力的计算方法； 本章的本章的重点重点是轴心受拉构件和轴心受压是轴心受拉构件和轴心受压构件正截面承载力的设计计算方法；构件正截面承载力的设计计算方法；难点难点是：配有螺旋式和焊接环式箍筋箍筋是：配有螺旋式和焊接环式箍筋箍筋轴心受压构件承载力计

2、算。轴心受压构件承载力计算。 熟悉轴心受力构件的构造要求。熟悉轴心受力构件的构造要求。 由于荷载不可避免的偏心、构件制作过程中的不均匀性，由于荷载不可避免的偏心、构件制作过程中的不均匀性，实际工程中实际工程中理想的轴心受力构件是不存在的。理想的轴心受力构件是不存在的。( 轴 压 )轴 线NN轴 线( 轴 拉 )NN3.1概概 述述轴心受拉构件：纵向拉力作用线与构件截面形心线重合的构件轴心受拉构件：纵向拉力作用线与构件截面形心线重合的构件轴心受压构件：轴心受压构件：纵向压力作用线与构件截面形心线重合的构件纵向压力作用线与构件截面形心线重合的构件轴心受拉构件：拱、桁架中的拉杆、圆形水池的池壁轴心受

3、拉构件：拱、桁架中的拉杆、圆形水池的池壁轴心受压构件：多层多跨房屋的内柱、屋架受压腹杆轴心受压构件：多层多跨房屋的内柱、屋架受压腹杆3.2钢筋混凝土轴心受拉构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受拉构件正截面承载力计算NNcAAs轴心受力构件配筋：纵向钢筋、箍筋纵向钢筋的作用：承受轴向拉力或压力箍筋的作用：固定纵向钢筋，在制作过程中不发生变形和错位3.2.1 受力过程及破坏特征受力过程及破坏特征从开始加载到破坏，分为从开始加载到破坏，分为三个不同阶段：三个不同阶段：3.2.2 轴心受拉构件正截面承载力计算轴心受拉构件正截面承载力计算 根据内力与截面抗力根据内力与截面抗力 的平衡条件，可以得到的平衡

4、条件，可以得到 正截面：与构件轴线垂直的截面正截面：与构件轴线垂直的截面 以构件第以构件第III阶段的受力为依据。阶段的受力为依据。 由于裂缝截面上混凝土开裂不能承受拉力，全部拉力由纵向由于裂缝截面上混凝土开裂不能承受拉力，全部拉力由纵向钢筋承受。钢筋承受。 0X3-1syAfN fy 钢筋抗拉强度设计值；钢筋抗拉强度设计值； N 轴向拉力组合设计值；轴向拉力组合设计值； As 全部纵向钢筋的截面面积。全部纵向钢筋的截面面积。 选用钢筋时，应尽可能使实际配筋面积接近按计算需要的选用钢筋时，应尽可能使实际配筋面积接近按计算需要的面积，二者之差宜控制在面积，二者之差宜控制在5%5%以内。以内。RS

5、 03.2.3 构造要求构造要求为什么要规定构造要求为什么要规定构造要求? ? 弥补理论上的不足，不确定因素的影响。 施工要求，如：板最小厚度要求。 工程实践经验总结，如：分布钢筋的间距。 其他技术经济要求，如：材料用量。 1. 1. 纵向受力钢筋纵向受力钢筋不应采用绑扎的搭接接头。不应采用绑扎的搭接接头。 钢筋连接有绑扎连接、焊接连接、螺栓连接、套筒挤压连接等钢筋连接有绑扎连接、焊接连接、螺栓连接、套筒挤压连接等多种方式。多种方式。为避免配筋过少引起脆性破坏，构件一侧受拉钢筋的配筋率应不为避免配筋过少引起脆性破坏，构件一侧受拉钢筋的配筋率应不小于小于 ，A A为构件的全部截面面积；为构件的全

6、部截面面积；AAsytff45. 0%,2 . 0maxmin2. 箍筋箍筋箍筋直径箍筋直径 d6mm, 间距间距s 200mm (屋架腹杆中屋架腹杆中 s 150mm)。 全部纵向受力钢筋的配筋率 不宜大于5%；受力钢筋沿截面周边均匀对称布置，并宜优先选择直径较小的钢受力钢筋沿截面周边均匀对称布置，并宜优先选择直径较小的钢筋；筋；纵向钢筋的净间距不应小于纵向钢筋的净间距不应小于50mm50mm，且不宜大于，且不宜大于300mm300mm；max课后作业及练习P60 3-5业精于勤，荒于嬉业精于勤，荒于嬉3.3钢筋混凝土轴心受压构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受压构件正截面承载力计算u根据箍

7、筋的配置方式不同，分为：根据箍筋的配置方式不同，分为： 配置普通箍筋的轴心受压构件配置普通箍筋的轴心受压构件 配置螺旋箍筋（环式焊接钢筋）的轴心受压构件配置螺旋箍筋（环式焊接钢筋）的轴心受压构件 （螺旋式或焊接环式间接钢筋）（螺旋式或焊接环式间接钢筋）u配筋：配筋： 纵向钢筋：纵向钢筋：与混凝土共同承担轴向压力；与混凝土共同承担轴向压力； 承担由于初始偏心或其他偶然因素引起的附加弯矩在构件中产承担由于初始偏心或其他偶然因素引起的附加弯矩在构件中产 生的拉应力；生的拉应力； 箍筋：普通箍筋：箍筋：普通箍筋：固定纵向受力钢筋的位置固定纵向受力钢筋的位置 防止纵向钢筋在混凝土压碎之前压曲防止纵向钢筋

8、在混凝土压碎之前压曲 保证纵向钢筋与混凝土共同受力保证纵向钢筋与混凝土共同受力 螺旋箍筋（环式焊接钢筋）：螺旋箍筋（环式焊接钢筋）： 对混凝土有较强的环向约束；对混凝土有较强的环向约束； 提高构件的承载力和延性提高构件的承载力和延性3.3.1 配有普通箍筋的轴心受压构件配有普通箍筋的轴心受压构件1. 受力分析及破坏特征受力分析及破坏特征长细比：构件的计算长度长细比：构件的计算长度l0与构件的截面的最小回转半径之比与构件的截面的最小回转半径之比 根据长细比的不同，分为根据长细比的不同，分为 短构件（短柱）：短构件（短柱）： 中长构件（长柱）：中长构件（长柱）：AIiil07828000dlbbl

9、il圆形截面：为短边尺寸）（矩形截面：一般截面：7828000dlbblil圆形截面：为短边尺寸）（矩形截面：一般截面：（1）钢筋混凝土轴心受压短柱试验：）钢筋混凝土轴心受压短柱试验： 整个加载过程中，可能的初始偏心对构件承载力无明显影响整个加载过程中，可能的初始偏心对构件承载力无明显影响 钢筋和混凝土之间存在着粘结力，二者的压应变相等（变形协调）；钢筋和混凝土之间存在着粘结力，二者的压应变相等（变形协调）； 达到极限荷载时，极限压应变与混凝土棱柱体（一次短期加载）受压破坏达到极限荷载时，极限压应变与混凝土棱柱体（一次短期加载）受压破坏的压应变相同，混凝土的应力达到的压应变相同，混凝土的应力达

10、到f fckck；（那么此时钢筋是否屈服呢）（那么此时钢筋是否屈服呢） 分析一下：分析一下： 二者之间存在着粘结力，钢筋的受压应变二者之间存在着粘结力，钢筋的受压应变 等于混凝土被压碎时的峰值应等于混凝土被压碎时的峰值应变变 A、若钢筋屈服压应变、若钢筋屈服压应变 小于混凝土压坏时的压应变小于混凝土压坏时的压应变 ，则钢筋首先，则钢筋首先达到抗压屈服强度达到抗压屈服强度 ，随后钢筋承担的压力维持不变，继续增加的荷载全部，随后钢筋承担的压力维持不变，继续增加的荷载全部由混凝土承担，直至混凝土被压碎。（由混凝土承担，直至混凝土被压碎。（钢筋和混凝土都得到充分利用钢筋和混凝土都得到充分利用） B、若

11、钢筋屈服压应变、若钢筋屈服压应变 大于混凝土压坏时的压应变大于混凝土压坏时的压应变 （如高强度钢（如高强度钢筋），在混凝土被压碎时钢筋达不到屈服强度；（筋），在混凝土被压碎时钢筋达不到屈服强度；（钢材的强度得不到充分利用钢材的强度得不到充分利用）002. 00sy0yfy0 受压短柱，不论受压构件是受压短柱，不论受压构件是否屈服，最终承载力是由混凝土否屈服，最终承载力是由混凝土被压碎来控制的。被压碎来控制的。 邻近破坏时，短柱四周出现邻近破坏时，短柱四周出现明显的纵向裂缝，箍筋间的纵向明显的纵向裂缝，箍筋间的纵向钢筋压曲外鼓，呈灯笼状，一混钢筋压曲外鼓，呈灯笼状，一混凝土被压碎而告破坏。凝土被

12、压碎而告破坏。 （2）钢筋混凝土轴心受压长柱试验：）钢筋混凝土轴心受压长柱试验： 由于种种因素形成的初始偏心距对试验结果影响较大，使构件产生附加弯由于种种因素形成的初始偏心距对试验结果影响较大，使构件产生附加弯矩和弯曲变形。矩和弯曲变形。 长细比很大的构件，可能在材料尚未达到屈服（极限）强度之前，即由于构长细比很大的构件，可能在材料尚未达到屈服（极限）强度之前，即由于构件丧失稳定而破坏。件丧失稳定而破坏。 试验结果表明：长柱的承载力低于相同条试验结果表明：长柱的承载力低于相同条件短柱的承载力。件短柱的承载力。规范规范采用稳定系数采用稳定系数 来考虑长柱纵向来考虑长柱纵向挠曲的不利影响。挠曲的不

13、利影响。 且随着长细比的增大而减小。且随着长细比的增大而减小。0 . 1 长柱压曲长柱压曲2. 配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算方法配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算方法3-2)(9 . 0AfAfNcsy由静力平衡条件并考虑长细比由静力平衡条件并考虑长细比等因素的影响等因素的影响AAS 为了保持与偏心受压构件正截面承载为了保持与偏心受压构件正截面承载力计算力计算9 . 0具有相近的可靠度而引进的系数。具有相近的可靠度而引进的系数。3. 构造要求构造要求v 材料：宜采用强度等级较高的混凝土，钢筋宜用材料：宜采用强度等级较高的混凝土，钢筋宜用HRB400级。级。v 截面形式：以

14、方形为主，可采用矩形、圆形或正多边形；截面形式：以方形为主，可采用矩形、圆形或正多边形； b250mm, d300mm，长细比，长细比30 ，一般为，一般为15左右。左右。最小配筋率最小配筋率 （每边（每边4 4根）根） （每边（每边3 3根）根） （每边（每边4 4根）根） （每边多于（每边多于4 4根）根） 3.3.2 配有间接钢筋的轴心受压构件配有间接钢筋的轴心受压构件配筋形式配筋形式螺旋箍筋螺旋箍筋环式焊接钢筋环式焊接钢筋1. 受力分析及破坏特征受力分析及破坏特征三向受压强度试验表明：侧向压应力的作用，有效地阻止混凝三向受压强度试验表明：侧向压应力的作用，有效地阻止混凝土在轴向压力作用

15、下所产生的侧向变形和内部微裂缝的发展，土在轴向压力作用下所产生的侧向变形和内部微裂缝的发展，从而使混凝土的抗压强度有较大的提高。从而使混凝土的抗压强度有较大的提高。配置螺旋箍筋（环式焊接钢筋）的作用：对混凝土变形产生侧配置螺旋箍筋（环式焊接钢筋）的作用：对混凝土变形产生侧向约束，使其承载力提高。向约束，使其承载力提高。试验研究：试验研究：荷载较小时，与普通箍筋柱相同荷载较小时，与普通箍筋柱相同当轴向压力较大时（当轴向压力较大时（0.7fc左右），混凝土纵向微裂缝开始迅速左右），混凝土纵向微裂缝开始迅速发展，侧向变形明显增大；发展，侧向变形明显增大；配置足量（有限制条件）间接钢筋能约束其侧向变形

16、，对混凝配置足量（有限制条件）间接钢筋能约束其侧向变形，对混凝土产生间接的被动侧压力，箍筋则产生环向拉力。土产生间接的被动侧压力，箍筋则产生环向拉力。试验研究：试验研究：当混凝土压应变超过无约束时的极限压应变后（应力达到当混凝土压应变超过无约束时的极限压应变后（应力达到fck），），箍筋外部的混凝土保护层将被压坏开始剥落，而箍筋以内的核箍筋外部的混凝土保护层将被压坏开始剥落，而箍筋以内的核心部分的混凝土则能继续承载；心部分的混凝土则能继续承载；当箍筋达到抗拉屈服强度而失去约束混凝土侧向变形的能力时，当箍筋达到抗拉屈服强度而失去约束混凝土侧向变形的能力时，核心混凝土被压碎而导致整个构件破坏。核心

17、混凝土被压碎而导致整个构件破坏。 破坏形态如图破坏形态如图2.配有螺旋式或焊接环式间接钢筋的轴心受压构件正截配有螺旋式或焊接环式间接钢筋的轴心受压构件正截面承载力计算方法面承载力计算方法2 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)2.配有螺旋式或焊接环式间接钢筋的轴心受压构件正截面承载力配有螺旋式或焊接环式间接钢筋的轴心受压构件正截面承载力计算方法计算方法 配置间距较密的间接钢筋的轴心受压柱，其核心混凝土的配置间距较密的间接钢筋的轴心受压柱，其核心混凝土的抗压强度按三向受压时的强度考虑，取：抗压强度按三向受压时的强度考虑，取： 假设箍筋拉应力达到屈服强度，根据如图的平衡条件：

18、假设箍筋拉应力达到屈服强度，根据如图的平衡条件：达到极限状态时，混凝土保护层已剥落，不考虑其作用达到极限状态时，混凝土保护层已剥落，不考虑其作用 假设箍筋拉应力达到屈服强度，根据如图的平衡条件：假设箍筋拉应力达到屈服强度，根据如图的平衡条件： 则轴心受压构件的极限抗压能力为则轴心受压构件的极限抗压能力为001224syssyvcorcsycorsscoryvcsycorcuAfAfAfAfAAAffAfAfN 承载能力极限状态计算公式（前提条件，间接钢筋满足要求）承载能力极限状态计算公式（前提条件，间接钢筋满足要求）uNN 为了保持与偏心受压构件正截面受压承载力具有相近的可靠度，为了保持与偏心

19、受压构件正截面受压承载力具有相近的可靠度，并且考虑间接钢筋对不同强度等级混凝土约束效应影响的差异，按并且考虑间接钢筋对不同强度等级混凝土约束效应影响的差异，按下列公式近似计算：下列公式近似计算：3-8*：按公式：按公式3-8（间接钢筋柱）算得的构件受压承载（间接钢筋柱）算得的构件受压承载力设计值不应大于按公式力设计值不应大于按公式3-2（普通箍筋柱）算得的构（普通箍筋柱）算得的构件受压承载力设计值的件受压承载力设计值的1.5倍。倍。按间接钢筋柱算得的承载力小于按普通箍筋柱算得的承载力按间接钢筋柱算得的承载力小于按普通箍筋柱算得的承载力按按3-2普通箍筋柱算普通箍筋柱算3. 构造要求构造要求采用间接钢筋可有效提高柱的轴心受压承载力。采用间接钢筋可有效提高柱的轴心受压承载力。如间接配置